Forståelse av selveksitert vibrasjon

1. Definisjon: Hva er selveksitert vibrasjon?

Selvopphisset vibrasjon (også kjent som en selvindusert eller ustabil vibrasjon) er en spesielt farlig type vibrasjon der bevegelsen til et system induserer krefter som igjen opprettholder eller forsterker bevegelsen. Dette skaper en tilbakekoblingssløyfe der vibrasjonen kan vokse i amplitude, noen ganger til et katastrofalt nivå, uten tilsvarende økning i en ekstern påvirkningsfrekvens.

Dette er fundamentalt forskjellig fra en tvungen vibrasjon, som ubalanse eller feiljustering, hvor vibrasjonen er en direkte respons på en spesifikk, periodisk inngang (påvirkningsfrekvensen). I et selveksitert system skaper vibrasjonen sin egen drivkraft.

2. Tilbakekoblingsmekanismen

Mekanismen bak selveksitert vibrasjon kan oppsummeres som følger:

1. Et system (f.eks. en rotor i et lager) er i bevegelse.
2. En liten, tilfeldig forstyrrelse forårsaker en liten forskyvning eller endring i hastighet.
3. Denne endringen i bevegelse endrer kreftene som virker på systemet (f.eks. væsketrykket i et lager eller skjærekraften til et verktøy).
4. Kritisk sett virker denne endrede kraften på en måte som *tilfører energi* til systemet, og skyver komponenten lenger i den retningen den allerede gikk.
5. Denne økte bevegelsen genererer en enda større kraft, som tilfører mer energi, og så videre.

Denne tilbakekoblingssløyfen får vibrasjonen til å vokse til den enten er begrenset av ikke-lineariteter i systemet (som å stoppe hardt) eller den fører til feil.

3. Vanlige eksempler på selveksitert vibrasjon

Flere kjente fenomener innen maskindiagnostikk er klassiske eksempler på selveksitert vibrasjon:

• Oljevirvel og oljepisk: De vanligste eksemplene i roterende maskineri. I et fluidfilm-lagre skaper den roterende akselen en oljekile. En forstyrrelse kan føre til at oljekilen selv begynner å rotere (virvle) rundt lageret. Trykket fra denne virvlende kilen skyver akselen, noe som tilfører mer energi til virvelen. Den resulterende vibrasjonen er ikke ved driftshastigheten, men ved en subsynkron frekvens (vanligvis 0,42–0,48X løpehastighet).
• Skravling i maskinering: Ved metallbearbeiding (dreiearbeid eller fresing) oppstår vibrasjon når skjæreverktøyet begynner å vibrere. Denne vibrasjonen fører til at tykkelsen på sponen som kuttes varierer. Den varierende spontykkelsen forårsaker igjen en svingning i skjærekraften, og denne svingende kraften kan pumpe energi tilbake til verktøyets vibrasjon, noe som fører til at det utvikler seg til en voldsom vibrasjon.
• Aerodynamisk flagring: Vibrasjonen i en flyvinge der vingens bøying og vridning endrer dens aerodynamiske profil. Denne endringen i profil endrer lufttrykket på en måte som tilfører energi til vingens bevegelse, noe som fører til katastrofal svikt hvis den ikke kontrolleres.
• Rotorgnissing: En tilstand der en rotor kommer i kontakt med en stasjonær del. Friksjonen fra gnidningen kan varme opp rotoren, noe som får den til å bøye seg. Denne bøyningen øker gnidningskraften, noe som øker varmen og bøyningen, og skaper en tilbakekoblingssløyfe som kan føre til fastkjøring.

4. Viktige kjennetegn og diagnose

Selveksiterte vibrasjoner har ofte distinkte egenskaper i FFT-spektrum:

• Ikke-synkrone frekvenser: Vibrasjonen er vanligvis ikke et helt multiplum eller en harmonisk del av kjørehastigheten. Den oppstår ofte ved en subsynkron hyppighet.
• Ustabilitet: Amplituden kan være svært ustabil og kan vokse raskt med små endringer i driftsforhold (hastighet, temperatur, belastning).
• Plutselig innsettende: Vibrasjonen er kanskje ikke til stede i det hele tatt før maskinen krysser en viss hastighets- eller belastningsterskel, hvor den kan oppstå plutselig og med høy amplitude.

Å diagnostisere selveksitert vibrasjon innebærer å identifisere disse karakteristiske ikke-synkrone toppene og forstå de fysiske mekanismene som kan forårsake en slik ustabilitet i den spesifikke maskinen.

← Tilbake til hovedindeksen